Mina ja minu vari: kvantmehaanika seab väljakutse isiksuse kontseptsioonile

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 03:53

Miks sa oled? Kuidas aru saada, et oled iseäraliku iseloomu ja mõtteviisiga inimene? Kvantmehaanika soovitab meil mitte olla nii enesekindlad. Võimalik, et me kõik pole nii erinevad, kui me ette kujutame.

Martin Guerr ja varastatud identiteet

Kas teadsite Martin Guerre'ist? See on prantsuse talupoeg, kes sattus kord kummalisse ja ebameeldivasse olukorda. Martin elas väikeses külas. Kui poiss oli 24-aastane, süüdistasid ta enda vanemad teda varguses. Herr oli sunnitud oma kodust lahkuma, jätma maha naise ja poja. Kaheksa aastat hiljem naasis mees oma sünnikülla, kohtudes taas perega. Kolm aastat hiljem sündis perre kolm last.

Kõik näis jätkuvat nagu tavaliselt. Külla aga ilmus võõras sõdur, kes teatas, et oli koos Martin Gerriga Hispaania sõjaväes võidelnud ja kaotas lahingus jala. Martini pere hakkas kahtlema, kas nende sugulane on kolm aastat tagasi koju jõudnud. Pärast pikka kohtuprotsessi selgus, et Guerra identiteedi "röövis" seikleja Arnault du Tilh. Tõelisele Martinile tehti tõepoolest jalg amputatsioon ja ta määrati Hispaania kloostrisse sinekuuri. Kohtuprotsess "identiteedivarga" üle oli aga nii kuulus, et tõeline härra naasis oma sünnikülla. Seikleja Arnaud du Thieli saatus pitsati lühikese surmaotsusega. Ja Martin ise süüdistas oma naist petturi abistamises, uskumata, et naine ei pruugi oma armastatud meest ära tunda.

See lugu erutas kirjanike ja lavastajate meeli. Tema motiividel vändati film, lavastati muusikal ja isegi telesari. Pealegi on sellele sündmusele pühendatud üks sarja "Simpsonid". Selline populaarsus on arusaadav: selline juhtum erutab meid, sest see teeb haiget kiirele – meie ideedele identiteedist ja isiksusest.

Kuidas saame olla kindlad, kes inimene tegelikult on, isegi kõige kallim? Mida tähendab identiteet maailmas, kus miski pole püsiv?

Esimesed filosoofid püüdsid sellele küsimusele vastata. Nad eeldasid, et oleme hingelt erinevad ja meie kehad on lihtsalt nukud. Kõlab hästi, kuid teadus on selle probleemilahenduse tagasi lükanud ja soovitanud otsida identiteedi juuri füüsilisest kehast. Teadlased unistasid leida mikroskoopilisel tasemel midagi, mis eristaks üht inimest teisest.

Hea, et teadus on täpne. Seetõttu, kui me ütleme "midagi mikroskoopilisel tasemel", peame loomulikult silmas meie keha väikseimaid ehitusplokke - molekule ja aatomeid.

See tee on aga libedam, kui esmapilgul võib tunduda. Kujutage ette näiteks Martin Guerrit. Lähenege talle vaimselt. Nägu, nahk, poorid … lähme edasi. Lähme nii lähedale kui võimalik, justkui oleks meie arsenalis võimsaim varustus. Mida me leiame? elektron.

Elementaarosake karbis

Herr oli valmistatud molekulidest, molekulid on valmistatud aatomitest, aatomid on valmistatud elementaarosakestest. Viimased on tehtud "millestki"; need on materiaalse maailma peamised ehitusplokid.

Elektron on punkt, mis sõna otseses mõttes ei võta üldse ruumi. Iga elektroni määrab ainult mass, spin (nurkimpulss) ja laeng. See on kõik, mida pead teadma elektroni "isiksuse" kirjeldamiseks.

Mida see tähendab? Näiteks see, et iga elektron näeb välja täpselt nagu iga teine, ilma vähimagi erinevuseta. Nad on täiesti identsed. Erinevalt Martin Guerrist ja tema kaksikust on elektronid nii sarnased, et on täiesti vahetatavad.

Sellel faktil on mõned üsna huvitavad tagajärjed. Kujutame ette, et meil on elementaarosake A, mis erineb elementaarosakest B. Lisaks saime kätte kaks kasti – esimene ja teine.

Teame ka seda, et iga osake peab igal ajahetkel ühes kastis olema. Kuna me mäletame, et osakesed A ja B on üksteisest erinevad, selgub, et sündmuste arendamiseks on ainult neli võimalust:

• A asub lahtris 1, B asub lahtris 2;
• A ja B asuvad lahtris 1 koos;
• A ja B asuvad lahtris 2 koos;
• A asub lahtris 2, B asub lahtris 1.

Selgub, et tõenäosus leida ühest kastist korraga kaks osakest on 1:4. Suurepärane, sai korda.

Aga mis siis, kui osakesed A ja B ei erine? Kui suur on tõenäosus leida sel juhul samast kastist kaks osakest? Üllataval kombel määrab meie mõtlemine eksimatult: kui kaks osakest on identsed, siis on sündmuste arendamiseks vaid kolm võimalust. Lõppude lõpuks pole vahet juhtumil, kui A asub lahtris 1, B asub lahtris 2, ja juhtumil, kui B asub lahtris 1, A asub kastis 2. Seega on tõenäosus 1: 3.

Eksperimentaalteadus kinnitab, et mikrokosmos järgib tõenäosust 1:3. See tähendab, et kui asendaksite elektroni A mõne muuga, ei märkaks universum erinevust. Ja sina ka.

Kavalad elektronid

Frank Wilczek, Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi teoreetiline füüsik ja Nobeli preemia laureaat, jõudis samale järeldusele, nagu me just tegime. Teadlane ei pea seda tulemust mitte ainult huvitavaks. Wilczek väitis, et tõsiasi, et kaks elektroni on absoluutselt eristamatud, on kvantväljateooria sügavaim ja kõige olulisem järeldus.

Kontrollvõte on interferentsi nähtus, mis "reedab" elektroni ja näitab meile selle salajast elu. Näete, kui istud ja vaatad elektroni, käitub see nagu osake. Niipea kui pöörate ära, näitab see laine omadusi. Kui kaks sellist lainet kattuvad, siis nad võimendavad või nõrgendavad üksteist. Pidage lihtsalt meeles, et me ei mõtle laine füüsikalist, vaid matemaatilist kontseptsiooni. Nad ei edasta mitte energiat, vaid tõenäosust - need mõjutavad katse statistilisi tulemusi. Meie puhul - kahe kastiga tehtud katse järeldusele, milles saime tõenäosuse 1: 3.

Huvitaval kombel ilmneb interferentsi nähtus ainult siis, kui osakesed on tõeliselt identsed. Katsed on näidanud, et elektronid on täpselt samad: tekivad interferentsid, mis tähendab, et need osakesed on eristamatud.

Milleks see kõik? Wilczek ütleb, et elektronide identsus on just see, mis teeb meie maailma võimalikuks. Ilma selleta poleks keemiat. Mateeriat ei saanud reprodutseerida.

Kui elektronide vahel oleks mingit vahet, muutuks kõik korraga kaoseks. Nende täpne ja ühemõtteline olemus on selle ebakindlust ja vigu täis maailma ainukeseks aluseks.

Hea. Oletame, et üht elektroni ei saa teisest eristada. Aga me võime panna ühe esimesse kasti, teise teise ja öelda: "See elektron asub siin ja see üks on seal"?

"Ei, me ei saa," ütleb professor Wilczek.

Niipea, kui paned elektronid kastidesse ja vaatad kõrvale, lakkavad nad olemast osakesed ja hakkavad ilmutama laineomadusi. See tähendab, et need pikenevad lõpmatult. Nii kummaliselt kui see ka ei kõla, on elektroni leidmise võimalus igal pool. Mitte selles mõttes, et see paikneb kõikides punktides korraga, vaid selles, et sul on väike võimalus seda kuskilt leida, kui järsku otsustad tagasi pöörata ja otsima hakata.

On selge, et seda on üsna raske ette kujutada. Kuid tekib veelgi huvitavam küsimus.

Kas elektronid on nii keerulised või ruum, milles nad asuvad? Ja mis saab siis kõigest, mis meie ümber on, kui ära pöördume?

Raskeim lõik

Selgub, et kaks elektroni võib siiski leida. Ainus probleem on selles, et te ei saa öelda: siin on esimese elektroni laine, siin on teise elektroni laine ja me kõik oleme kolmemõõtmelises ruumis. Kvantmehaanikas see ei tööta.

Peate ütlema, et esimese elektroni jaoks on kolmemõõtmelises ruumis eraldi laine ja teise jaoks on kolmemõõtmelises ruumis teine laine. Lõpuks selgub – ole tugev! on kuuemõõtmeline laine, mis seob kokku kaks elektroni. See kõlab kohutavalt, kuid siis saame aru: need kaks elektroni ei rippu enam, keegi ei tea, kus. Nende positsioonid on selgelt määratletud või õigemini seotud selle kuuemõõtmelise lainega.

Üldiselt, kui varem arvasime, et selles on ruumi ja asju, siis kvantteooriat arvesse võttes peame oma esitust veidi muutma. Ruum on siin lihtsalt viis objektide, näiteks elektronide omavaheliste seoste kirjeldamiseks. Seetõttu ei saa me kirjeldada maailma struktuuri kui kõigi selle moodustavate osakeste omadusi. Kõik on veidi keerulisem: peame uurima elementaarosakeste vahelisi seoseid.

Nagu näete, variseb identiteedi mõiste tolmuks, kuna elektronid (ja muud elementaarosakesed) on üksteisega täiesti identsed. Selgub, et maailma jagamine selle komponentideks on vale.

Wilczek ütleb, et kõik elektronid on identsed. Need on ühe välja ilming, mis läbib kogu ruumi ja aja. Füüsik John Archibald Wheeler arvab teisiti. Ta usub, et algselt oli üks elektron ja kõik teised on vaid jäljed sellest, läbistavad aega ja ruumi. "Milline mõttetus! - võite siinkohal hüüda. "Teadlased fikseerivad elektrone!"

Kuid on üks aga.

Mis siis, kui see kõik on illusioon? Elektron eksisteerib kõikjal ja mitte kusagil. Tal pole materiaalset vormi. Mida teha? Ja mis on siis inimene, kes koosneb elementaarosakestest?

Mitte tilkagi lootust

Tahame uskuda, et iga asi on midagi enamat kui selle koostisosade summa. Mis siis, kui eemaldaksime elektroni laengu, selle massi ja spinni ning saaksime ülejäänus midagi, selle identiteedi, selle "isiksuse". Me tahame uskuda, et on midagi, mis muudab elektroni elektroniks.

Isegi kui statistika või katse ei suuda osakese olemust paljastada, tahame sellesse uskuda. Lõppude lõpuks on midagi, mis teeb iga inimese ainulaadseks.

Oletame, et Martin Gerri ja tema duubli vahel poleks vahet, kuid üks neist naerataks vaikselt, teades, et tema on see õige.

Tahaks sellesse väga uskuda. Kuid kvantmehaanika on täiesti südametu ega lase meil mõelda igasugustele jamadele.

Ärge laske end petta: kui elektronil oleks oma individuaalne olemus, muutuks maailm kaoseks.

OKEI. Kuna elektrone ja muid elementaarosakesi tegelikult ei eksisteeri, siis miks me eksisteerime?

Esimene teooria: me oleme lumehelbed

Üks ideedest on see, et meis on palju elementaarosakesi. Need moodustavad meist igaühes keeruka süsteemi. Näib, et see, et me kõik oleme erinevad, on tagajärg sellest, kuidas meie keha on nendest elementaarosakestest üles ehitatud.

Teooria on kummaline, aga ilus. Ühelgi elementaarosakesel pole oma individuaalsust. Kuid koos moodustavad nad ainulaadse struktuuri – inimese. Kui soovite, oleme nagu lumehelbed. On selge, et need kõik on vesi, kuid igaühe muster on ainulaadne.

Sinu olemus seisneb selles, kuidas osakesed sinus on organiseeritud, mitte see, millest sa täpselt koosned. Meie keha rakud muutuvad pidevalt, mis tähendab, et oluline on ainult struktuur.

Teine teooria: me oleme mudelid

Küsimusele saab vastata muul viisil. Ameerika filosoof Daniel Dennett soovitas asendada mõiste "asi" mõistega "päris mudel". Dennetti ja tema järgijate arvates on miski reaalne, kui selle teoreetilist kirjeldust saab napisõnalisemalt dubleerida – lühidalt, lihtsa kirjelduse abil. Selle toimimise selgitamiseks võtame näiteks kassi.

Niisiis, meil on kass. Tehniliselt saame selle paberil (või virtuaalselt) uuesti luua, kirjeldades iga osakese asukohta, millest see koosneb, ja koostada nii kassi diagrammi. Teisest küljest saame teha teisiti: lihtsalt öelda "kass". Esimesel juhul vajame tohutut arvutusvõimsust, et mitte ainult luua kassi kujutist, vaid ka näiteks panna ta liikuma, kui me räägime arvutimudelist. Teises peame lihtsalt sügavalt sisse hingama ja ütlema: "Kass kõndis toas ringi." Kass on tõeline modell.

Võtame teise näite. Kujutage ette kompositsiooni, mis sisaldab vasakut kõrvanibu, Namiibia suurimat elevanti ja Miles Davise muusikat. Selle objekti arvutuslik loomine võtab palju aega. Kuid selle fantastilise koletise verbaalne kirjeldus võtab teile sama palju. Ka kahe sõnaga lühendamine ei toimi, sest selline kompositsioon on ebareaalne, mis tähendab, et seda pole olemas. See pole päris mudel.

Selgub, et me oleme vaid hetkeline struktuur, mis ilmub vaataja pilgu alla. Füüsikud valavad õli tulle ja ütlevad, et ehk selgub finaalis, et maailm on tehtud üldse mitte millestki. Praegu jääb meil vaid üksteisele ja meid ümbritsevale maailmale osutada, kõike sõnadega kirjeldada ja nimesid jagada. Mida keerulisem on mudel, seda rohkem peame selle kirjeldust kokku suruma, muutes selle reaalseks. Võtame näiteks inimese aju, mis on universumi üks keerukamaid süsteeme. Proovige seda lühidalt kirjeldada.

Proovige seda ühe sõnaga kirjeldada. Mis juhtub?